대사체학 입문: 작은 분자들이 말해주는 큰 이야기

유전체학, 전사체학, 단백질체학은 많이들 알고 있지만, 대사체학(Metabolomics)은 상대적으로 덜 주목받아 왔다. 하지만 대사체야말로 세포의 "현재 상태"를 가장 직접적으로 반영하는 분자들이다. 유전자가 설계도이고 단백질이 기계라면, 대사체는 그 기계가 실제로 만들어내는 제품에 해당한다.

대사체학이란

대사체학은 생체 내 저분자 대사물질(보통 분자량 1,500 Da 이하)을 포괄적으로 분석하는 학문이다. 아미노산, 지질, 유기산, 당류, 뉴클레오타이드 등 다양한 화학 클래스의 분자가 대상이 된다. 혈액, 소변, 조직, 세포 배양액 등 거의 모든 생물학적 시료에서 대사체를 측정할 수 있다.

분석 플랫폼

대사체학에서 가장 널리 쓰이는 분석 장비는 크게 두 가지다:

• NMR(핵자기공명): 시료 전처리가 간단하고 재현성이 높다. 정량 분석에 강하지만, 감도가 상대적으로 낮아서 저농도 대사체를 놓칠 수 있다.

• MS(질량분석): LC-MS나 GC-MS 형태로 사용한다. 감도가 훨씬 높아서 수천 개의 대사체를 동시에 검출할 수 있다. 현재 대사체학 연구의 주류는 LC-MS/MS 기반이다.

Targeted vs Untargeted

대사체학 실험은 **표적(targeted)**과 **비표적(untargeted)**으로 나뉜다. 표적 분석은 미리 정한 특정 대사체들만 정밀하게 정량하는 것이고, 비표적 분석은 시료에 있는 모든 대사체를 최대한 넓게 프로파일링하는 것이다.

비표적 분석이 더 많은 정보를 줄 것 같지만, 실제로는 피크 동정(identification)이 큰 병목이다. 검출된 피크 중 실제로 대사체를 확정할 수 있는 비율은 보통 20-30% 정도에 불과하다. 이 "dark metabolome" 문제는 대사체학 분야의 가장 큰 도전 과제 중 하나다.

데이터 분석

대사체 데이터 분석에서 빠지지 않는 것이 **PCA(주성분 분석)**와 PLS-DA다. 시료 간 전체적인 패턴 차이를 보는 데 유용하다. 이후 개별 대사체 수준에서 통계 검정(t-test, ANOVA 등)을 수행하고, **경로 분석(pathway analysis)**을 통해 생물학적 맥락을 부여한다.

무료 웹 도구로는 MetaboAnalyst가 독보적이다. 정규화, 통계 분석, 경로 매핑까지 원스톱으로 할 수 있어서, 코딩에 익숙하지 않은 연구자도 쉽게 접근할 수 있다. R 사용자라면 MetaboAnalystR 패키지도 있다.

멀티오믹스에서의 위치

대사체학의 진정한 가치는 다른 오믹스 데이터와 통합할 때 드러난다. 전사체와 대사체를 함께 보면 유전자 발현 변화가 실제 대사 수준에서 어떤 결과를 만들어내는지 추적할 수 있다. 시스템 생물학 관점에서 대사체학은 빠질 수 없는 퍼즐 조각이다.

📚 참고 데이터베이스: PubMed | UniProt | KEGG | Nature

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